6. experiencia de monitoreo en diferentes ciudades

6. EXPERIENCIA DE MONITOREO
EN DIFERENTES CIUDADES
Una red de muestreo óptima implica el mínimo número de estaciones con
localizaciones precisas. Además los datos de esta red óptima deberían
poder ser utilizados para obtener un análisis preciso de la distribución de la
contaminación. Sin embargo, no puede establecerse una red óptima que sea
aplicable universalmente a cualquier área urbana y para cualquier objetivo,
debido a que la distribución de contaminantes y los factores meteorológicos, son fenómenos dinámicos que no sólo varían en el tiempo y en el
espacio en un área dada de una misma zona urbana o de una región, sino
que también varían de una región a otra.
Por esta razón, el diseño de redes de monitoreo es un proceso de prueba y
error que se va aplicando poco a poco, partiendo en un principio de una
cuadrícula, un modelo estadístico o de la ubicación de las estaciones de
monitoreo de acuerdo con los criterios recomendados por diferentes
organismos internacionales como los enumerados en el capítulo 2, o
basándose en las zonas más críticas de acuerdo con los objetivos fijados.
En este capítulo presentaremos algunos criterios para la recomendación
de ubicación de estaciones haciendo hincapié en el criterio actual, de
establecer preferentemente estaciones de monitoreo de una red con base
en puntos críticos o “hot spots”. Además presentaremos ejemplos de
estudios de monitoreo atmosférico llevados a cabo con redes de
muestreadores pasivos y en la última sección presentaremos ejemplos de
redes que combinan diferentes tipos de muestreadores.
Queremos enfatizar que la Comunidad Europea actualmente se está
aplicando cada vez más el uso de muestradores pasivos para diversos
estudios con resultados muy favorables y comparables con muestreadores
activos y con monitores automáticos.
166
CIUDADES
EXPERIENCIA DE MONITOREO EN DIFERENTES
6.1. NUEVAS TENDENCIAS EN LA UBICACIÓN DE LAS
ESTACIONES DE REDES DE MONITOREO: DETERMINACIÓN DE “HOT SPOTS” Y SU IMPORTANCIA
Como ya se mencionó en el capítulo 2 actualmente, el monitoreo en las
ciudades se lleva a cabo principalmente en sitios seleccionados de
acuerdo a los objetivos de monitoreo establecidos, más que en puntos de
una cuadrícula, ya que estos sitios son representativos del tipo de
localidades específicas que cubren características de áreas urbana,
industrial, residencial, comercial, de exposición de población o áreas de
influencia. La EPA ha desarrollado procedimientos para el
establecimiento de sitios de monitoreo que evalúan los principales
contaminantes atmosféricos. Adicionalmente Ott163 recomienda seis tipos
de ubicaciones o categorías de monitoreo en las cuales se pueden medir
diferentes exposiciones según el tipo de estudio que se pretenda realizar.
Estas categorías están contenidas en el cuadro 6.1 que se presenta a
continuación. En esta tabla podemos observar que según sea el objetivo
que se pretenda se tendrán diferentes tipos de ubicación de las estaciones
de monitoreo.
Por otro lado el programa de GEMS/AIR recomienda como primer paso
del establecimiento de una red, llevar a cabo mediciones en algunas
ubicaciones representativas en un gran número de lugares. Por ejemplo,
se podrían escoger cuatro ubicaciones representativas para cada ciudad,
de un gran número de ciudades en estudio, las cuales estarían colocadas
en el área comercial del centro de la ciudad, en un área residencial, en la
orilla de la banqueta de una calle congestionada del centro de la ciudad y
en un área residencial principalmente influenciada por emisiones
industriales. Las mediciones en ubicaciones similares en diferentes
ciudades pueden ser comparables, facilitando una estimación general de
los niveles de concentración relativa experimentados164 .
GEMS/AIR hace un esfuerzo porque se establezcan redes de monitoreo
internacionales de manera que los datos que se obtienen de las mismas
sean armónicos y comparables de un país a otro. Sin embargo las redes
decentralizadas y de multioperadores son comunes en muchos países, por
lo que se recomiendan planes de aseguramiento de calidad, como el
expuesto en el capítulo 4 de este manual, ya que adquiriendo
163
164
Referencia 74.
Referencia 1, vol. 4, pág. 40.
MANUAL DE MONITOREO ATMOSFÉRICO
167
procedimientos de aseguramiento internos y externos, es posible asegurar
la comparabilidad y compatibilidad de los resultados, a pesar de que se
usen diferentes metodologías, equipo y se trabaje a diferente nivel de
sofisticación.
Además de estos criterios para la selección de un sitio de monitoreo se
deben de tomar en cuenta una variedad de consideraciones como las
expuestas en el capítulo 2 y que se resumen en el cuadro 6.2. Con base en
estas consideraciones y utilizando en conjunto los datos de emisiones de
contaminantes, la información meteorológica y topográfica de la zona en
que se ubicará la red y aplicando modelos de difusión, se puede lograr una
estimación inicial de la concentración de los contaminantes identificando
posibles sitios críticos conocidos como “hot spots”, en los cuales se deben
llevar a cabo monitoreos. La determinación de estos lugares o zonas
críticas es la tendencia más moderna para identificar sitios en los cuales se
debe localizar una estación de monitoreo. La importancia de su
determinación radica en que se tienen que conocer las concentraciones de
los contaminantes en los puntos donde por las condiciones topográficas y
meteorológicas, densidad de población y emisiones del lugar, podrían ser
mayores o más críticas.
168
CIUDADES
EXPERIENCIA DE MONITOREO EN DIFERENTES
Cuadro 6.1.
CRITERIOS RECOMENDADOS PARA LA UBICACIÓN DE
165
ESTACIONES DE MONITOREO ATMOSFÉRICO
TIPO DE
ESTACIÓN
DESCRIPCIÓN
TIPO A
Estación de Exposición de Peatones en el centro de la Ciudad: Localizar la
estación en el centro del distrito comercial y de negocios de un área urbana, en
una calle congestionada del centro y rodeada de edificios (tipo cañón); con “n”
peatones y un tráfico vehicular promedio que deberá exceder los 10 mil
vehículos/día, con velocidades promedio inferiores a las 15 mph. La toma del
monitor deberá localizarse a 0.5m de la orilla de la banqueta a una altura de 3 +
0.5 m.
Estación de Exposición de Fondo en el centro de la Ciudad: Localizar la estación
en el centro del distrito comercial y de negocios de un área urbana, alejada de
cualquier calle principal. Específicamente, ninguna calle con un tráfico promedio
diario que exceda los 500 vehículos/día podrá estar a menos de 100m. de la
estación de monitoreo. Ubicaciones típicas podrán ser parques, centros
comerciales de tiendas departamentales, o espacios abiertos que no tengan tráfico.
La toma del monitor deberá colocarse a una altura de 3 + 0.5 m.
Estación de Exposición de la Población en un Área Residencial: Localizar la
estación en el punto medio de un área suburbana o residencial, pero no en el
centro de su distrito comercial. La estación no deberá estar a menos de 100m. de
cualquier calle que tenga un volumen de tráfico que exceda 500 vehículos/día.
La toma del monitor deberá colocarse a una altura de 3 + 0.5 m.
Estación Meteorológica de Mesoescala: Localizar la estación en el área urbana a
una altura apropiada para obtener datos meteorológicos y de calidad del aire a
diferentes alturas. El propósito de esta estación es determinar tendencias y datos
meteorológicos a diferentes alturas. Ubicaciones típicas son edificios altos y torres
de radiodifusión. Deberán especificarse cuidadosamente con los datos, la altura de
la toma de muestra junto con el tipo de ubicación de la estación.
Estación de Fondo No Urbana: Localizar la estación en un área no urbana, remota,
que no tenga tráfico vehicular ni actividad industrial. El propósito de esta estación
es monitorear para análisis de tendencias, para apreciar la no degradación y
estudios geográficos a gran escala. La altura de la toma de muestra deberá ser
especificada.
Estación para Estudios Especializados de Fuentes: Localizar la estación muy cerca
de la fuente de contaminación en estudio. El propósito de este tipo de estación es
determinar el impacto en la calidad del aire de una fuente de emisiones en
particular, en ubicaciones específicas. La toma del monitor deberá colocarse a una
altura de 3 + 0.5 m. a menos que se requieran consideraciones especiales.
TIPO B
TIPO C
TIPO D
TIPO E
TIPO F
165
Fuente: Basado en la referencia 74.
MANUAL DE MONITOREO ATMOSFÉRICO
169
Cuadro 6.2.
Requerimientos a Considerar en la Selección de un Sitio de Monitoreo
•
•
•
•
•
•
•
Objetivos de Monitoreo
Emisiones y Fuentes de Emisión en el Área
Meteorología y Topografía
Información sobre Calidad de Aire
Modelos de Simulación
Información Demográfica, de Uso de Suelo y de Salud Pública.
Condiciones del Sitio
•
Fácil Acceso
•
Infraestructura
•
Protección Contra Vandalismo
•
Evitar Influencia de Fuentes Específicas.
Fuente: Basado en la referencia 1, vol. l, pág. 14.
Para monitoreos a Macroescala (Escala Urbana o Regional), la Comisión
de Comunidades Europeas propone que las legislaciones contemplen
estrategias de localización de puntos de muestreo que contengan dos tipos
de estaciones166 :
•
•
Las enfocadas a zonas donde ocurren las más altas concentraciones a las
cuales la población está directa o indirectamente expuesta por un período
significativo en relación con el período promedio de los valores límite,
llamadas “hot spots”.
Estaciones enfocadas a medir concentraciones de área o fondo, con el
propósito de establecer la exposición de la población en general.
Hay que tomar en cuenta, que cuando el objetivo es medir concentraciones de fondo, la ubicación de la estación de monitoreo que representa a una determinada área de estudio deberá ser capaz de medir las
máximas concentraciones que se presenten en esa área, pero ubicándose
de tal manera que no sea influenciada por una fuente local de
contaminación, como podría ser una chimenea.
Además de llevar a cabo todas las consideraciones anteriores, hay que
insistir, en que el diseño de una red debe ser flexible y deberá revisarse
periódicamente para asegurar que permanece compatible con los objetivos
de monitoreo establecidos. De cualquier manera, para poder documentar
166
Referencia 7.
170
CIUDADES
EXPERIENCIA DE MONITOREO EN DIFERENTES
estudios de tendencias a largo plazo, algunos de los sitios deberán
permanecer constantes. En los lugares en donde se llevan a cabo estos
estudios se requiere de mediciones diarias que usualmente se toman a
través de todo el año y por varios años, para obtener promedios anuales y
concentraciones pico, utilizando redes de sitios fijos, rigurosamente
definidos y manteniendo los mismos protocolos de muestreo y análisis en
toda la red. A diferencia, cuando se establece una red para medir concentraciones pico a corto plazo, ya sea horarias o diarias. Por ejemplo durante
un episodio de contaminación, se requieren intensas campañas que
establezcan redes de muestreo más flexibles, que pueden estar
constituidas de estaciones con ubicaciones fijas y móviles.
En Estados Unidos, cada estado anualmente tiene que desarrollar y aplicar
un programa para modificar la red de monitoreo de calidad del aire, para
eliminar cualquier estación no necesaria o para corregir cualquier
resultado inadecuado que se presentara al llevar a cabo esta revisión
anual. El procedimiento se realiza previa consulta con el administrador
regional, por medio de la cual el Estado deberá pedir la aprobación para la
modificación del programa de monitoreo.
6.2. EXPERIENCIAS CON MUESTREADORES PASIVOS
En esta sección presentaremos siete ejemplos específicos de diferentes
estudios de calidad de aire que utilizaron muestreadores pasivos y los
resultados obtenidos. Estos ejemplos muestran un panorama de las
diferentes aplicaciones en las que se utilizan y pueden utilizar este tipo de
muestreadores para llevar a cabo mediciones de calidad de aire costeables
que cumplan con objetivos de monitoreo establecidos. En el primer,
segundo y tercer ejemplos se utilizaron estos muestreadores, para llevar a
cabo estudios comparativos de áreas a diferentes escalas. En el cuarto
ejemplo se utilizaron para realizar estudios de fondo o base. En el quinto
y séptimo ejemplos, se presentan los resultados de la comparación de
algunos muestreadores pasivos entre sí y con analizadores continuos, por
último en el sexto ejemplo, se presentan los resultados de estudios
realizados en Asia para ver la reproducibilidad de los muestreadores
pasivos bajo diferentes condiciones geográficas y culturales.
INTRODUCCIÓN AL MONITOREO ATMOSFÉRICO
6.2.1.
171
Estudio de Comparación de Áreas en el Reino Unido de Gran
Bretaña167
Este primer estudio se refiere al estudio nacional de NO2, llevado a cabo
por el laboratorio Warren Spring en el Reino Unido de Gran Bretaña,
utilizando tubos de difusión (muestreadores pasivos), en 1991. Repitiendo
un estudio similar que se había llevado a cabo en 1986, para estimar las
áreas en donde las concentraciones de NO2 eran mayores y poder colocar
en ellas monitores quimiluninicentes por directiva de la EC. De este
estudio de 1986, en el que también se utilizaron tubos de difusión, se
pudieron clasificar fácilmente las ciudades del Reino Unido con mayores
concentraciones de NO2.
Para los dos estudios se utilizó la infraestructura de la red nacional de
monitoreo del Reino Unido, para “Smoke”/SO2, enviando por correo a las
autoridades locales que operaban estas estaciones, los tubos de difusión
con instrucciones completas y el equipo para montarlos. Cada tubo fue
expuesto durante un mes y reemplazado al finalizar cada mes. Todos los
tubos fueron regresados por correo a un laboratorio para ser analizados
centralmente. Algunos sitios fueron duplicados y otros utilizados como
blancos para sustentar el programa de Control de Nivel de Confianza y
Control de Calidad del estudio.
Se incluyeron más de 400 sitios, determinándose una distribución espacial
de NO2 en las áreas urbanas a través del Reino Unido. Esta distribución
espacial fue muy similar en los dos estudios, pero las concentraciones
fueron significativamente altas en el año de 1991. Lo cual fue consistente
con el incremento estimado de emisiones de óxidos de nitrógeno por
emisiones vehiculares en ese período.
Estos estudios demuestran la factibilidad de llevar a cabo estudios de
monitoreo a gran escala en una extensa área geográfica, colocando tubos
de difusión por los operadores locales y reuniéndolos en un laboratorio
central para su análisis y manejo de los datos. Lo que permite la
aplicación de estudios eficientes y costeables. Investigaciones recientes
han mostrado que a pesar de que los tubos de difusión presentan
concentraciones promedio integradas a lo largo de un mes, puede ser
posible el uso de estos resultados para obtenerguías de estimaciones de
excedentes de calidad del aire a corto plazo. Éstas son estimadas usando
167
Referencia 1, vol. 4, pág. 17.
INTRODUCCIÓN AL MONITOREO ATMOSFÉRICO
172
factores de escalación apropiados, derivados de una base de datos a largo
plazo.
6.2.2.
Estudio en el Aeropuerto de Gatwick y en sus Alrededores168
Un segundo ejemplo es un estudio que se llevó a cabo para determinar la
distribución espacial de NO2, dentro y en los alrededores del aeropuerto
de Gatwick, el segundo aeropuerto más grande del Reino Unido.
Utilizando tubos de difusión que se expusieron en áreas exteriores,
(cuidando no estuvieran influenciados por alguna fuente en particular) por
todo el aeropuerto y en los alrededores residenciales del mismo. En total
se ubicaron más de 100 sitios de monitoreo, cambiándose los tubos cada
mes durante un período de un año.
Las concentraciones promedio anuales fueron interpoladas entre los sitios
por medio de un paquete de computación para producir gráficas de
contornos de concentraciones de NO2, a través de toda el área de estudio.
Es interesante notar que las concentraciones más altas de NO2, que se
obtuvieron, se presentaron cerca del área de la terminal central, con muy
poca evidencia de concentraciones elevadas a lo largo de las pistas.
6.2.3.
Estudio en el Centro de la Ciudad de Cracovia, Polonia169
Un tercer ejemplo es un estudio conducido en el centro de Cracovia en
Polonia. En donde se estableció una red de 120 sitios de medición en un
área de 12 km2. Se realizaron mediciones de 24 horas de concentraciones
de NO2, utilizando el método modificado de Amaya-Sugiura, para tres
proyectos cada uno de un año de duración, durante 1983 y 1990. Los
muestreadores fueron colocados cada seis días, simultáneamente en todos
los puntos, utilizando triplicados para incrementar la precisión. Con los
datos obtenidos se graficaron alrededor de 150 mapas de distribución
espacial de concentraciones de NO2, y combinando esta información con
parámetros meteorológicos, fue posible identificar las principales fuentes
de NO2 en el área. Durante el verano los patrones de distribución de NO2,
fueron similares al trazo de las principales rutas de tráfico vehicular,
mientras que en invierno, la principal fuente de emisión de NO2, fueron
los sistemas de calefacción doméstica.
168
169
Referencia 1, vol. 4, pág. 18.
Referencia 1, vol. 4, pág. 19.
INTRODUCCIÓN AL MONITOREO ATMOSFÉRICO
173
Estudios similares se llevaron a cabo en varias ciudades en el sur de
Polonia. En las montañas Tatra y en su ciudad adyacente Zakopane, se
efectuó un proyecto para investigar el efecto de la contaminación del aire
de la ciudad en la calidad del aire del Parque Nacional. Los muestreadores
se expusieron a elevaciones mayores a 2000 m. sobre el nivel del mar, y
semanalmente se determinaron las concentraciones de NO2, siendo éstas
siempre inferiores a 5 ppb. Lo cual indicó que para el NO2, la contaminación del aire de la ciudad no tenía efecto significativo en la calidad
del aire de las montañas.
6.2.4.
Estudio de Fondo en Diferentes ciudades Suecas170
Un cuarto ejemplo es el que llevó a cabo el instituto de Investigación del
Medio Ambiente Sueco, utilizando muestreadores pasivos durante seis
meses, en un estudio de fondo de la distribución geográfica de NO2 y SO2,
en áreas alrededor de 37 ciudades suecas. Los resultados mostraron una
gran correlación entre el incremento de la latitud y el decremento de la
concentración de NO2 y SO2. Se concluyó que la tasa de transporte tiene
una contribución importante en las concentraciones promedio de NO2 y
SO2 en las ciudades suecas del sur.
6.2.5.
Estudio Comparativo de Muestreadores en Países Alpinos171
Como quinto ejemplo tenemos el estudio comparativo de muestreadores
pasivos para ozono y NO2 que llevó a cabo en 1992 la ARGE, Asociación
de Países Alpinos, durante seis meses en seis diferentes sitios en los
Alpes. Este estudio formó parte de un proyecto a largo plazo de la
presencia y efectos de los fotoxidantes, en particular del ozono en la
región alpina. El objetivo principal fue la identificación de un método que
pudiera ser utilizado para medir y obtener perfiles de distribución vertical
de ozono dentro de un rango de diferentes localizaciones en la montaña.
Este estudio fue coordinado por la GSF, Centro de Investigación para el
Medio Ambiente y la Salud de Neuherberg/Munich, Alemania, y para
realizarlo se hicieron comparaciones entre diferentes muestreadores
pasivos de NO2 al mismo tiempo. Se eligieron 5 lugares alpinos a diferentes alturas y un lugar urbano altamente contaminado para su
comparación. Todos los sitios contaban con analizadores continuos
170
171
Referencia 1, vol. 4, págs. 20 a 22.
Referencia 1, vol. 4, págs. 22 y 23.
INTRODUCCIÓN AL MONITOREO ATMOSFÉRICO
174
operando. En total se expusieron en paralelo 16 muestreadores pasivos
diferentes de 10 organizaciones de Alemania, Austria, Italia, Suiza y el
Reino Unido y fueron intercambiados a intervalos de una o dos semanas a
lo largo del período de prueba, dependiendo de las especificaciones del
muestreador. Los muestreadores fueron regresados a las organiza-ciones
de donde provenían para su análisis y los resultados de las diferentes
mediciones de los muestreadores se compararon con los resultados de los
analizadores continuos.
Los valores medidos por la mayoría de los diez muestreadores para NO2,
mostraron coeficientes de correlación significativos, con relación al
promedio correspondiente a los analizadores continuos, cuando se
comparaban a través de los seis sitios (>0.9), aunque las mediciones en
las dos estaciones de mayor altitud, las cuales presentaban
concentraciones bajas de NO2, mostraron una correlación pobre. En
general se concluyó, que aunque para bajas concentraciones de NO2 estos
muestreadores no pueden reemplazar las mediciones con analizadores
continuos, si proveen una buena indicación de las concentraciones de NO2
y pueden emplearse útilmente en una variedad de estudios. Las
diferencias que se obtuvieron en la comparación entre muestreadores
basados en un mismo principio fueron muy pequeñas.
En lo que respecta a los seis muestreadores de ozono probados, solamente
dos (un tubo de difusión expuesto por una semana y un muestreador de
papel índigo expuesto por dos semanas) mostraron un coeficiente de
correlación significativo (>0.8), de acuerdo con los valores medidos con
los analizadores continuos. Los primeros resultados indicaron que debían
de tomarse en cuenta los factores meteorológicos, cuando se interpretaban
los resultados de los muetreadores pasivos de ozono. Por lo que se
concluyó que aunque los muestreadores no pueden utilizarse para medir
concentraciones exactas de ozono, proveen una útil indicación de
tendencias a través del tiempo y pueden recomendarse para ciertos
estudios en algunos sitios de la montaña. Hay que hacer notar que, en la
segunda fase de este estudio, los dos muestreadores de ozono
seleccionados con base en las pruebas de comparación, fueron utilizados
para la investigación de perfiles de distribución vertical de ozono en
diferentes áreas en los Alpes. Se aconseja además, que deberían aplicarse
mayores pruebas de campo de estos muestreadores.
INTRODUCCIÓN AL MONITOREO ATMOSFÉRICO
6.2.6.
175
Estudio de Reproductibilidad de Muestreadores Pasivos en
Asia172
Por otro lado, para investigar la reproductibilidad de las técnicas de
muestreo pasivo bajo diferentes condiciones geográficas y culturales, se
llevaron a cabo durante un año estudios con muestreadores de tubo de
difusión de NO2, SO2 y NH3 en ciudades del Sudeste de Asia, escogidas
para representar los antecedentes de la región y en ciudades urbanas de
China.
Sorpresivamente los mejores resultados se obtuvieron con los muestreadores de SO2. La reproductibilidad fue muy buena en todo el rango de
concentraciones (0.1 - 76 ppb), y la desviación estándar relativa promedio
para todas las mediciones fue de 7.7%.
En lo referente a los muestreadores de NO2 tenemos, que inicialmente los
valores de NO2 fueron anormalmente bajos, parecía que el reactivo había
sido consumido por el ozono, que se presentaba a niveles mayores que en
Suecia donde el muestreador había sido desarrollado. El problema fue
resuelto implementando la fórmula de la solución impregnada y de esta
manera se obtuvieron resultados de reproductibilidad altos en un rango de
concentraciones aceptable.
También fueron pobres los valores de reproductibilidad de los muestreadores de amonia (con desviación estándar de 31.1 %), identificándose
como la posible causa del problema, la evaporación de amonia de las
partículas depositadas en la pantalla de viento seguida de una absorción
del muestrador. Por lo cual se requirió de un cambio en el protocolo de
muestreo y de que la pantalla de viento se remplazara por una tapa sólida
antes de que se enviara a analizar. Esto incrementó la reproductibilidad
considerablemente, obteniéndose una desviación estándar de 15.4 %, en
un rango de concentraciones de 0.07 a 37ppb.
Los resultados anteriores muestran la importancia de evaluar a los
muestreadores pasivos bajo diferentes condiciones culturales, climáticas y
geográficas, antes de que sean utilizados en estudios a gran escala, ya que
podrían ser necesarios ajustes menores al muestreador o al protocolo de
muestreo, cuando las condiciones difieren de aquellas bajo las cuales el
muestreador fue inicialmente diseñado y probado. Actualmente estos
muestreadores han sido probados bajo diferentes condiciones en 11
172
Referencia 1, vol. 4, pág. 22.
INTRODUCCIÓN AL MONITOREO ATMOSFÉRICO
176
ciudades de Asia, las cuales son: Bangladesh, China, Hong Kong, India,
Indonesia, Corea, Malasia, Nepal, Taiwan, Tailandia y Vietnam.
6.2.7. Estudio de Validación de Muestreadores Pasivos en México173
El objetivo de este estudio fue estimar la validez y reproductibilidad entre
las mediciones de monitores pasivos de ozono, con las registradas por un
monitor continuo. Se expusieron 28 monitores pasivos al aire ambiente,
en el interior y exterior de un salón de clases, al mismo tiempo que se
registraba la concentración de ozono mediante un monitor continuo.
Como resultados se tuvo que la correlación entre las lecturas de los
monitores pasivos y el continuo fue altamente significativa (r = 0.89 p <
0.001) y también la correlación entre las lecturas de los monitores pasivos
expuestos fue alta (r = 0.97, p < 0.001). Los resultados indican que es
recomendable usar monitores pasivos para mediciones acumulativas de
ozono mayores a 100 ppb, lo que implica períodos de medición mayores a
cinco días cuando son utilizados en interiores.
6.3. EJEMPLOS DE CIUDADES CON DIFERENTES REDES DE
MONITOREO
A continuación presentaremos algunos ejemplos de diversas redes de
monitoreo en diferentes países, las cuales utilizan tanto equipo de
monitoreo activo, como automático y actualmente se está aplicando el uso
de equipo pasivo por su fácil instalación, manejo y bajo costo.
6.3.1.
Sistema de Monitoreo Atmosférico en Noruega174
El propósito general de las redes de monitoreo en las ciudades noruegas,
es verificar las concentraciones de contaminantes atmosféricos para poder
seguir las tendencias de estas concentraciones en el aire, para medir los
excedentes con respecto a los estándares recomendados de calidad de aire
noruegos y para evaluar los efectos de las medidas aplicadas por las
autoridades.
Además de las redes urbanas de las ciudades noruegas, existen
actualmente tres redes nacionales operadas por el Instituto Noruego para
la Investigación del Aire (NILU) que son el Programa de Monitoreo de
173
174
Referencia 75.
Referencia 76.
INTRODUCCIÓN AL MONITOREO ATMOSFÉRICO
177
Largo Alcance de Transporte de Aire Contaminado y Precipitación, el
Programa de Monitoreo de Daño de los Bosques y el Programa de
Monitoreo de Ozono Troposférico. Las redes de monitoreo locales
ubicadas en las seis principales ciudades, son responsabilidad conjunta de
cada una de las ciudades y de la Autoridad de Control de Contaminación
del Gobierno Noruego (SFT). En la tabla 6.1 se muestra un resumen del
tipo de redes, los parámetros atmosféricos que miden, tipos de sitios de
monitoreo y en la tabla 6.2 se muestran los principales principios de
medición que se utilizan en estas redes.
Tabla 6.1.
RESUMEN DE REDES DE MONITOREO ATMOSFÉRICO EN NORUEGA
RED
ESCALA
Número de sitios de
monitoreo
Contaminante/
número de sitios
Tipo de Muestreo de
cada Red
Sitios de monitoreo
tipo:
Urbano
Suburbano
Rural
TRANSPORTE
AIRE
NACIONAL
BOSQUE
OZONO
URBANA*
NACIONAL
NACIONAL
LOCAL
7
5
11
6
SO2/7
SO4/7
NO2/7
NO3/7
NH3/7
SO2/5
SO4/5
NO2/5
NO3/5
NH3/5
O3/11
Muestreo
Activo
Muestreo
Activo
Muestreo
Automático
SO2/1
NO/6
NO2/6
O3/1
PM2.5/5
PM10/6
Benceno/1
Tolueno/1
Activo/
Automático
7
1
4
1
10
6
* Urbanos: Oslo, Bergen, Trondheim, Drammen, Skien, Porsgrunn.
Fuente: Basado en la referencia 76.
INTRODUCCIÓN AL MONITOREO ATMOSFÉRICO
178
6.3.2. Sistema de Monitoreo Atmosférico en el Reino Unido de Gran
Bretaña175
El Sistema de Monitoreo Atmosférico en el Reino Unido de Gran Bretaña
se basa en las redes de monitoreo de calidad de aire nacionales. Éstas son
las siguientes:
•
•
•
•
•
•
•
•
•
Red de Monitoreo de SO2/Humo. Lleva operando 30 años y ha
monitoreado exitosamente el decremento en la concentración de estos
contaminantes. En 1981 fue reorganizada reduciendo su número de sitios
de monitoreo.
Red de Monitoreo Urbano fase I. Fundada en 1992 con el objeto de medir
concentraciones de fondo de calidad del aire urbano en las áreas más
contaminadas, para alertar al público. A este programa se han afiliado un
gran número de autoridades locales.
Red de Monitoreo Urbano fase II. La segunda fase de esta red tiene como
objetivo la medición continua de hidrocarburos en el aire urbano.
Red de Monitoreo “Legal” (ordenamientos de la Comisión de
Comunidades Europeas (EC) y monitoreo urbano base) incluye un gran
número de estaciones de monitoreo las cuales han sido manejadas por el
Departamento del Medio Ambiente desde 1972 y estaciones establecidas
para determinar la congruencia con los ordenamientos de la EC con
respecto a NO2 y SO2.
Red de Monitoreo Rural. Cuyo objetivo es proveer información de la
contaminación fotoquímica a través de la nación. Existen también redes
rurales para estimar el aporte de depósitos de SO2 en los ecosistemas.
Red de Monitoreo con Muestreadores Pasivos Tipo Tubos de Difusión. Se
instaló con la finalidad de medir bióxido de nitrógeno en el período de
introducción de convertidores catalíticos en los coches, para aplicar la
cobertura espacial de las mediciones.
Red de Monitoreo de Microcontaminantes Orgánicos Tóxicos. El objetivo
de esta red es monitorear estos microcontaminantes orgánicos tóxicos en la
atmósfera y sus depósitos en sitios seleccionados alrededor del país.
Redes de Monitoreo Locales de Multielementos. Las cuales funcionan
desde 1974 y proveen concentraciones a largo plazo de plomo y otros
elementos metálicos.
Red de Depósitos Ácidos. La cual mide actualmente la composición de la
lluvia.
Presentaremos a continuación, en la tabla 6.3 un resumen de estas redes,
los parámetros atmosféricos que miden y los tipos de sitios de monitoreo.
Además, en la tabla 6.4 se presentan los principios de medición que se
utilizan en estas redes.
175
Referencia 76.
INTRODUCCIÓN AL MONITOREO ATMOSFÉRICO
179
Tabla 6.2.
PRINCIPIOS DE MEDICIÓN DE LOS MONITORES AUTOMÁTICOS Y
MANUALES DE LAS REDES DE MONITOREO NORUEGAS
PRINCIPIOS
DE MEDICIÓN
CONTAMINANTE
MANUAL
SO2
Filtro Impregnado
SO4
Filtro de partículas
AUTOMÁTICO
Quimiluminiscencia
NO
NO2
Filtro Impregnado
NO3
Filtro Impregnado y Filtro de
partículas
NH3
Filtro Impregnado y Filtro de
partículas
O3
Quimiluminiscencia
Absorción UV
PM2.5
Colección en filtro
TEOM *
PM10
Colección en filtro
TEOM *
* Microbalanza Oscilatoria.
Fuente: Basado en la referencia 76.
INTRODUCCIÓN AL MONITOREO ATMOSFÉRICO
180
Tabla 6.3.
RESUMEN DE REDES DE MONITOREO ATMOSFÉRICO EN
EL REINO UNIDO DE GRAN BRETAÑA
RED
LEGAL
Nacional
URBANA
I
Nacional
URBANA
II
Nacional
ESCALA
Número de
sitios de
monitoreo
RURAL
OTRAS *
Nacional
11
14
7
17
1839
SO2/5
SO2/14
VOCs/7
SO2/3
SO2/300
NO/8
NO/14
NO/3
Humo
N./300
Contaminante/
NO2/8
NO2/14
NO2/3
NO2/1200
número de
CO/6
CO/14
O3/17
Dioxinas/7
sitios
O3/1
O3/14
PAH/7
PM10/14
PCB/7
Lluvia
ácida/32
Tipo de
Muestreo de
cada Red
Automático Automático
Automático
Automático
Muestreo
Activo y
Pasivo
Sitios de
monitoreo tipo:
Urbano
8
Suburbano
3
Rural
14
7
En mayoría
17
* Otras: Otras redes: humos/SO2, estudio de NO2 con tubos de difusión, microcontaminantes orgánicos
tóxicos, depósitos ácidos.
Fuente: Basado en la referencia 76.
INTRODUCCIÓN AL MONITOREO ATMOSFÉRICO
181
Tabla 6.4.
PRINCIPIOS DE MEDICIÓN DE LOS MONITORES AUTOMÁTICOS
Y MANUALES DE LAS REDES DE MONITOREO DEL
REINO UNIDO DE GRAN BRETAÑA
PRINCIPIO
DE MEDICIÓN
CONTAMINANTE
SO2
NO
NO2
CO
O3
PM10
VOCs
MANUAL
PASIVO
ACTIVO
No especificado
Tubos de Difusión
Humo Negro
Dioxinas
PAH
PCB
Lluvia ácida
AUTOMÁTICO
Fluorescencia en UV
Quimiluminiscencia
Quimiluminiscencia
Absorción IR
Absorción UV
TEOM *
Cromatografía de
gases
No especificado
No especificado
No especificado
No especificado
No especificado
* Microbalanza Oscilatoria.
Fuente: Basado en la referencia 76.
6.3.3.
Sistema de Monitoreo Atmosférico en la Zona Metropolitana
de la Ciudad de México
El monitoreo atmosférico en la zona Metropolitana de la ciudad de
México se inició, en 1950, haciéndose más sistemático en los años
sesenta. En 1966 se instalan 14 estaciones de monitoreo para medir
humos, partículas y bióxido de azufre, con el apoyo de la Organización
Panamericana de la Salud (OPS). En los setenta el gobierno mexicano y
el Programa de Naciones Unidas para el Medio Ambiente (PNUMA),
desarrollan un programa para establecer la calidad del aire en diversas
ciudades, instalándose una red manual de 22 estaciones de monitoreo en
la ciudad de México, la cual se ha ido modificando a través del tiempo.
De esta manera, como último ejemplo, presentaremos el sistema actual de
Monitoreo Atmosférico de la Zona Metropolitana de la Ciudad de
México, el cual inició su integración a partir de 1984 y fue diseñado con
base en el criterio de vigilancia de calidad del aire, observándose el
INTRODUCCIÓN AL MONITOREO ATMOSFÉRICO
182
comportamiento aerométrico de los contaminantes atmosféricos. Lo que
permite calificar la calidad del aire por parcelas específicas, que se
definen territorialmente por las mismas condiciones meteorológicas
prevalecientes.
El sistema se integra por tres subsistemas que son la Red Automática de
Monitoreo Atmosférico (RAMA), la Red Manual de Monitoreo
Atmosférico y la Red Meteorológica. Complementándose este sistema
con unidades de apoyo: el programa de aseguramiento de calidad,
sistemas de información geográfica y de inventario de emisiones. Tanto la
red automática como la manual, fueron diseñadas conforme a los criterios
establecidos por la OMS y las Agencias de Protección Ambiental
Norteamericana y Alemana. Los parámetros atmos-féricos que miden
estas redes al igual que el número de sus estaciones y tipos de estación se
resumen en la tabla 6.5176 .
La RAMA está integrada actualmente por 32 estaciones de monitoreo,
distribuidas en el Distrito Federal (21) y en los municipios conurbados del
Estado de México (11). Esta red cuenta con monitores automáticos que
analizan los siguientes parámetros ambientales: ozono, óxidos de nitrógeno, incluidos el monóxido y el bióxido de nitrógeno, bióxido de azufre,
monóxido de carbono, partículas suspendidas fracción torácica PM10 y en
una estación se mide benceno, tolueno y formaldehído .
176
Esta red opera continuamente durante las 24 horas del día, todos los días
del año, enviando la información que se genera por los instrumentos de
medición de cada una de las estaciones, a una computadora central, por
medio de vía telefónica privada. Los principios de medición que utilizan
los analizadores automáticos de esta red se presentan en la tabla 6.6 .
176
La Red Manual de Monitoreo Atmosférico proporciona un complemento
a la información de la RAMA, ya que su principal objetivo es el
monitoreo de partículas suspendidas en el aire y la determinación de la
concentración de algunos elementos que se encuentran contenidos en
ellas.
Como ya se indicó, esta red contempló para su diseño los criterios
internacionales de la WHO-PNUMA-EPA, tanto para el establecimiento
del número y ubicación de las estaciones, como para la medición de los
contaminantes. Cuenta actualmente con 19 estaciones de monitoreo con
176
Referencia 77 a 79.
INTRODUCCIÓN AL MONITOREO ATMOSFÉRICO
183
muestreadores activos, que miden las concentraciones de partículas
suspendidas totales y de los cuales 17 miden PM10, determinándose
además componentes metálicos como plomo, cobre, hierro, cadmio y
níquel, al igual que sulfatos y nitratos, con una frecuencia de muestreo de
una vez cada seis días durante un período de 24 horas, excepto en
invierno en que la frecuencia de muestreo se incrementa a una vez cada
tres días. Con esta red es posible realizar muestreos programados de otros
contaminantes atmosféricos para los que no exista una tecnología de
monitoreo automática. En la tabla 6.6 también se presentan los principios
de medición de los muestreadores activos de esta red manual177 .
Tabla 6.5.
RESUMEN DE REDES DE MONITOREO ATMOSFÉRICO EN LA ZONA
METROPOLITANA DE LA CIUDAD DE MÉXICO*
RED
RAMA
MANUAL
METEOROLÓGICA
ESCALA
LOCAL
LOCAL
LOCAL
Número de sitios de
monitoreo
32
19
10
SO2/27
H2S/2
NO2/19
NOx/19
CO/25
O3 /20
HC/1
PM10/17
Automático
PST/19
PM10 /5
Sulfatos/5
Nitratos/5
Metales
Pesados/10
Muestreo
Activo
Automático/Manual
32
19
10
Parámetro a medir/
número de
sitios
Tipo de Muestreo de
cada Red
Sitios de monitoreo tipo:
Urbano
Suburbano
Rural
Velocidad del viento/10
Dirección del viento/10
Temperatura/10
Humedad relativa/10
Temperatura de capa de
mezclado con un
radar acústico.
* Fuente: Información de la RAMA de la ZMCM, al 5 de julio de 1996.
Nota: Los muestreos de sulfatos y nitratos sólo se desarrollan en ciertos períodos del año.
Para 1997: se planea incrementar las estaciones de la Rama a 39. Con una Red óptica de 3 DOAS y
Lidar (Sensores Remotos).
177
Referencia 77 a 79.
INTRODUCCIÓN AL MONITOREO ATMOSFÉRICO
184
Tabla 6.6.
PRINCIPIOS DE MEDICIÓN DE LOS MONITORES AUTOMÁTICOS Y
MANUALES DE LAS REDES DE MONITOREO DE LA ZONA
METROPOLITANA DE LA CIUDAD DE MÉXICO
PRINCIPIO
DE MEDICIÓN
CONTAMINANTE
MANUAL
AUTOMÁTICO
SO2
Fluorescencia pulsante
H2S
Fluorescencia pulsante
NO2
Quimiluminiscencia
NOx
Quimiluminiscencia
CO
Espectroscopía no dispersa por
correlación de gas filtrado
O3
Fotometría en el rango de UV
HC
DOAS *
PST
Filtración por medio del
muestreador de Alto Volumen
PM10
Impactación previa a filtración Atenuación de radiación Beta y
con muestreador PM-10 de Gravimetría por elemento
Alto Volumen
oscilante (TEOM).
Sulfatos
Absorción en vía húmeda
Nitratos
Absorción en vía húmeda
Metales Pesados,
actualmente se
miden: plomo,
cadmio, cobre, zinc y
niquel. Se
implementarán otros,
a corto plazo.
Colección en filtro por medio
de muestreo activo y análisis
por espectrofotometría de absorción atómica
*DOAS: Differential Optical Absortion Spectrometer. Sensor Remoto. Mide benceno, tolueno y
folmaldehídos, al igual que ozono, bióxido de azufre y bióxido de nitrógeno.
Fuente: Información de la RAMA de la ZMCM, al 5 de julio de 1996.
INTRODUCCIÓN AL MONITOREO ATMOSFÉRICO
185
Por último la red Meteorológica tiene como objetivo proporcionar
información que tienda a evaluar la calidad del aire en condiciones
normales y extraordinarias, para poder elaborar pronósticos de calidad del
aire, cuyo fin es analizar la estabilidad o desplazamiento de los
contaminantes con una antelación de una hora, 24 horas y hasta 48 horas.
Esta red está formada por diez estaciones que cuentan con sensores de
velocidad y dirección del viento, medidores de humedad relativa y de
temperatura, que se interconectan telemétricamente al Sistema Central de
Control. Se complementa con una unidad de medición de vientos de
altura, que consta de una torre meteorológica, una ecosonda y un radar
acústico, los cuales permiten obtener información de las condiciones de
mezcla de la atmósfera, apoyándose, además, en la información que
proporciona el Servicio Meteorológico Nacional. En el cuadro 6.3 se
presentan los equipos que se utilizan para medir los parámetros
meteorológicos.
Cuadro 6.3.
EQUIPO UTILIZADO PARA LA MEDICIÓN DE LOS PARÁMETROS
METEOROLÓGICOS
EQUIPO
PARÁMETRO
Velocidad del viento
Veleta convencional
Dirección del viento
Anemómetro convencional
Temperatura
Sensor tipo capacitor de película delgada,
termopar
Humedad relativa
Sensor tipo capacitor de película delgada
de polímero
Temperatura de capa de mezclado
Radar acústico
Nota: Se planea instalar en 1997, sensores para medir radiación solar y radiación UV.
Fuente: Información de la RAMA de la ZMCM al 5 de julio de 1996.
INTRODUCCIÓN AL MONITOREO ATMOSFÉRICO
186
Las unidades de apoyo están constituidas por el Laboratorio de
Calibración y Transferencia de Estándares y por dos Unidades Móviles de
Monitoreo Atmosférico. El Laboratorio tiene la función de vigilar el
sistema de la red, a través del mantenimiento y calibración de los equipos
de cada una de las redes, mientras que las unidades tienen como objetivo
realizar estudios específicos en lugares remotos o donde no se cuenta con
la cobertura de la RAMA, durante períodos predeterminados, en caso de
accidentes o incidentes, o evaluar sitios para la posible instalación de
estaciones de monitoreo permanentes debido al crecimiento de la mancha
urbana.
La información que genera este sistema de vigilancia permite evaluar el
comportamiento de los contaminantes atmosféricos, tanto en el tiempo
como en el espacio. Además, por la confiabilidad y oportunidad de los
datos que genera, se emplea para definir políticas y estrategias de
prevención y control de la contaminación, al igual que para evaluar la
eficacia de los programas que se implanten.
Con base en la experiencia de los ejemplos presentados en este capítulo se
observa que es posible combinar muestreadores pasivos, activos y
automáticos dentro de una misma red, con el objeto de implementar la
resolución espacial y temporal de las mediciones de calidad de aire,
siempre y cuando se lleven a cabo los estudios de validación pertinentes
(como los presentados en el inciso 6.2.7), de los diferentes instrumentos,
y se tome en cuenta que algunos de ellos presentarán dosis acumuladas y
no detectarán eventos episódicos. En la figura 6.1, se presenta una
estación de monitoreo de la RAMA, en la que se conjuntan las tres redes
de monitoreo que se utilizan en la Zona Metropolitana de la Ciudad de
México.
INTRODUCCIÓN AL MONITOREO ATMOSFÉRICO
Figura 6.1.
SISTEMA DE MONITOREO ATMOSFÉRICO DE LA RAMA (Ref. 36)
187